网格结构与弦支网格结构是空间结构的主要形式,常被作为城市的标志性建筑。由于目前设计中较少考虑不确定性干扰的影响,尚需通过提高鲁棒性来抵抗不相称破坏。现有研究中,没有明确区分工作状态下和极限状态下的结构鲁棒性,缺乏相应的定量评价方式和有效的鲁棒设计方法,且弦支体系的布索方式多在经验布置的基础上进行微调,不具有普适性。有必要对网格结构、弦支网格结构进行鲁棒性研究,从拓扑优化层次改善结构的性能,同时还通过合理的布索理论,使得传力路径更为直接。本文从结构的鲁棒性定量评价指标、多工况下网格结构的鲁棒设计、弦支网格结构的鲁棒设计、弦支网格结构的布索理论、结构模型试验等方面开展研究：对线性和非线性结构体系,基于系统传递函数的H2范数、H∞范数,定义结构鲁棒性能、鲁棒稳定性的定量评价指标IR1、IR2,衡量在结构在工作状态、极限状态下的鲁棒性。对大爆炸算法进行改进,加速算法收敛速度。提出基于H2/H∞风理论的结构鲁棒性评价方法,对比分析评价指标的性质、物理意义。通过算例,阐述结构鲁棒性能、鲁棒稳定性与应变能、结构屈曲之间的关系,分析承载力(构件截面、约束条件、刚度分布)、意外损伤、关键构件等因素对鲁棒性能与鲁棒稳定性的影响。以结构鲁棒性能为优化目标、鲁棒稳定性为约束条件,通过考虑多种荷载工况下的连续体拓扑优化,搜索鲁棒性能最佳的结构刚度分布形式,为主要杆件的布置提供参考,实现多工况下网格结构的鲁棒设计,并通过算例加以验证。通过初应变的施加引入初始预应力,提出鲁棒构型与初始预应力的联合优化方法,实现对弦支网格结构的鲁棒设计。探讨荷载分布、初始预应力、竖杆等因素对结构鲁棒构型的影响,并通过算例验证弦支结构鲁棒构型的合理性。基于鲁棒设计给出弦支结构上部网壳的鲁棒构型,通过Hough变换提取布索位置曲线,并优化索端点位置,通过结构的布索理论优化出合理的布索方案。以弦支双曲网壳结构、弦支心形曲面网格结构为例,进行布索方案设计,为实际工程中的结构布索提供有效途径。通过对弦支柱面网壳、弦支球面网壳的布索设计,验证张弦梁、弦支穹顶结构布索方案的合理性。分别按照鲁棒设计和常规设计制作两个双曲网壳结构模型,通过模拟动力冲击和静力超载两种干扰场景,观测结构的位移响应和失效场景,对比两个模型的鲁棒性能、鲁棒稳定性,验证基于鲁棒构型设计的弦支结构,具有更好的鲁棒性。